مدل سازی، آنالیز حساسیت و بهینه سازی جمع‌کننده خورشیدی صفحه تخت با استفاده از الگوریتم ژنتیک با پارامترهای حقیقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ولی عصر رفسنجان، رفسنجان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

چکیده

در این مقاله جمع‌کننده خورشیدی صفحه تخت مدل‌سازی و مدل به دست آمده اعتبار‌سنجی شده‌است. سپس به آنالیز حساسیت برای سه دبی جرمی مختلف آب 1/0، 2/0 و  3/0 پرداخته‌شده و تأثیر تغییر ساختار لوله‌ها، مشخصات هندسی جمع‌کننده، ساختار جمع‌کننده و ضریب گسیل صفحه جاذب و ضریب گسیل پوشش شیشه‌ای بر روی بازده ترمودینامیکی بررسی شده‌‌است. نتایج آنالیز حساسیت نشان دادند که مقدار بهینه‌ای برای برخی از پارامترهای جمع‌کننده از جمله طول و عرض جمع‌کننده وجود دارد. به ‌منظور بیشینه‌سازی بازده جمع‌کننده، شش پارامتر طراحی شامل تعداد لوله‌ها، قطر لوله‌ها، طول جمع‌کننده، عرض جمع‌کننده، ضخامت عایق جانبی و ضخامت عایق تحتانی و همچنین سه قید برای آهنگ انتقال گرمای منتقل شده به سیال به وسیله جمع‌کننده، نسبت ابعادی و اختلاف دمای سیال ورودی و خروجی جمع‌کننده به کار گرفته شده‌‌است. همچنین از الگوریتم ژنتیک با پارامترهای حقیقی به‌ منظور به دست آوردن بازده بهینه جمع‌کننده استفاده شده‌است و نتایج طراحی بهینه به همراه پارامترهای متناظر با آن ارائه شده‌است. نتایج بهینه‌سازی نشان می‌دهند که بهترین بازده ممکن در این مورد 7362/0 می‌باشد. سپس فرآیند بهینه‌سازی برای چهار دبی جرمی مختلف 1/0، 075/0، 050/0 و  025/0 صورت گرفته‌است.

کلیدواژه‌ها


[1] Dagdougui H., Ouammi A., Robba M., and Sacile R., Thermal analysis and performance optimization of a solar water heater flat plate collector: Application to Tétouan (Morocco), Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 15, pp. 630-638, 2011.
[2] Agbo S. and Okoroigwe E., Analysis of thermal losses in the flat-plate collector of a thermosyphon solar water heater, Research Journal of Physics, Vol. 1, pp. 35-41, 2007.
[3] Bilgen E.and Bakeka B., Solar collector systems to provide hot air in rural applications, Renewable Energy, Vol. 33, pp. 1461-1468, 2008.
[4] Bejan A., General criterion for rating heat-exchanger performance, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 21, pp. 655-658, 1978.
[5] Luminosu I.and Fara L., Determination of the optimal operation mode of a flat solar collector by exergetic analysis and numerical simulation, Energy, Vol. 30, pp. 731-747, 2005.
[6] Zueva G. and Magiera J., Mathematical model of heat transfer in a solar collector and its experimental validation, Theoretical Foundations of Chemical Engineering, Vol. 35, pp. 604-608, 2001.
[7] Cristofari C., Notton G., Poggi P., and Louche A., Modelling and performance of a copolymer solar water heating collector, Solar Energy, Vol. 72, pp. 99-112, 2002.
[8] Cadafalch J., A detailed numerical model for flat-plate solar thermal devices, Solar Energy, Vol. 83, pp. 2157-2164, 2009.
[9] Saleh A. M., Mueller D. W., and Abu-Mulaweh H. I., Flat-plate solar collector in transient operation: modeling and measurements, Journal of Thermal Science and Engineering Applications, Vol. 7, p. 014502, 2015.
[10] Akhtar N. and Mullick S., Computation of glass-cover temperatures and top heat loss coefficient of flat-plate solar collectors with double glazing, Energy, Vol. 32, pp. 1067-1074, 2007.
[11] Faizal M., Saidur R., Mekhilef S., Hepbasli A., and Mahbubul I., Energy, economic, and environmental analysis of a flat-plate solar collector operated with SiO2 nanofluid, Clean Technologies and Environmental Policy, pp. 1-17, 2014.
[12] Farahat S., Sarhaddi F., and Ajam H., Exergetic optimization of flat plate solar collectors, Renewable Energy, Vol. 34, pp. 1169-1174, 2009.
[13] Duffie J. A.and Beckman W. A., Solar engineering of thermal processes vol. 3: Wiley New York etc., 1980.
[14] Lee P.-S., Garimella S. V., and Liu D., Investigation of heat transfer in rectangular microchannels, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 48, pp. 1688-1704, 2005.
[15] K. Deb, Multi-objective optimization using evolutionary algorithms Vol. 16: John Wiley & Sons, 2001.